TWI653479B - Optical demultiplexer - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種光學分波裝置，主要由一波導單元與一可調式反射單元所組成。該波導單元係具有一第一基板、一輸入單元、一光柵、一反射鏡以及一第二基板。該輸入單元形成於該第一基板上，並具有一狹縫以接收一光學訊號；該光柵形成於該第一基板上，可對該光學訊號分波後產生一輸出光束；該反射鏡形成於該第一基板上，用以反射該輸出光束；該第二基板係配置於該輸入單元、該光柵與該反射鏡上，其與該第一基板之間形成一波導空間。該可調式反射單元則配置於該波導單元外部，用以改變該輸出光束的出射角度與調整該輸出光束的焦距。

Description

光學分波裝置

本發明係有關於一種光學分波裝置，尤指一種可縮小體積與提升分光精確度之光學分波裝置。

傳統的光譜儀通常是採用稜鏡、光柵或干涉元件等分光器以實現色散效果，但必須在整體體積與光譜解析能力之間互相妥協。因此，傳統的高解析度光譜儀因為其光學系統龐大、複雜而較為昂貴。

為求縮小光譜儀之體積，LIGA(Lithography,Electroplating,and Molding)，乃一種結合微影、電鍍以及製模的微製造程序，可令微結構於製造時具有高精確度，並令微結構的高度可達到數百甚至數千微米的厚度。由於光柵結構具有小間距的原因，故LIGA(Lithography,Electroplating,and Molding)的脫模過程良率與分光精確度是不足以滿足製造垂直光柵的。

甚者，由於製程參數問題將導致分光器對光線聚焦時出現偏移，使分光器的精確度降低，因此，如何實現可縮小體積與提升分光精確度之光學分波裝置，實為一具有意義的思考方向。

本發明的目的之一在於揭露一光學分波裝置，用以達到縮小體積與提升分光精確度之目的。

根據本發明一實施例所揭露一種光學分波裝置，主要由一波導單元與一可調式反射單元所組成，其中，該波導單元包含：一第一基板；一輸入單元，係形成於該第一基板上，並具有一狹縫，用以接收一光學訊號；一光柵，係形成於該第一基板上，可對該光學訊號分波後產生一輸出光束；一反射鏡，係形成於該第一基板上，用以反射該輸出光束；以及一第二基板，係配置於該輸入單元、該光柵與該反射鏡上，其與該第一基板之間形成一波導空間；其中，該可調式反射單元則配置於該波導單元外部，用以改變該輸出光束的出射角度與調整該輸出光束的焦距。

本發明另一實施例所揭露一種光學分波裝置，主要由一波導單元、一反射鏡與一可調式反射單元所組成，其中，該波導單元包含：一第一基板；一輸入單元，係形成於該第一基板上，並具有一狹縫，用以接收一光學訊號；一光柵，係形成於該第一基板上，可對該光學訊號分波後產生一輸出光束；以及一第二基板，係配置於該輸入單元、該光柵與該反射鏡上，其與該第一基板之間形成一波導空間；其中，該反射鏡係配置於該波導單元外部，用以反射該輸出光束；其中，該可調式反射單元則配置於該波導單元外部，用以改變該輸出光束的出射角 度與調整該輸出光束的焦距。

如上述的光學分波裝置，其中進一步該輸入單元、光柵及反射鏡係利用高能量光源對一光阻層進行曝光所形成，且該高能量光源的波長範圍介於係0.01奈米至100奈米之間。

如上述的光學分波裝置，其中該光柵具有凹面、凸面或平面的輪廓，且其表面呈現連續薄片態樣、鋸齒態樣、火焰態樣、正弦曲線態樣或上述之組合態樣。

如上述的光學分波裝置，其中該波導單元與該可調式反射單元係由一外殼體所包覆。

如上述的光學分波裝置，其中該外殼體底面係配置有一滑槽，其內配置有一可於該滑槽內滑移之滑動件，且該可調式反射單元係與該滑動件連動，用以調整該輸出光束的焦距。

10‧‧‧光學分波裝置

11‧‧‧波導單元

111‧‧‧第一基板

112‧‧‧輸入單元

113‧‧‧光柵

114‧‧‧反射鏡

115‧‧‧狹縫

116‧‧‧第二基板

12‧‧‧可調式反射單元

13‧‧‧外殼體

131‧‧‧滑槽

132‧‧‧滑動件

14‧‧‧蓋板

141‧‧‧開口

15‧‧‧電路載板

151‧‧‧影像感測器

16‧‧‧光輸入單元

第1圖係為本發明光學分波裝置之透視圖。

第2圖係為本發明光學分波裝置之爆炸圖。

第3圖係為本發明光學分波裝置之外觀示意圖。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方 式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。

第1圖係本發明之光學分波裝置之透視圖，本實施例如圖所示：本發明之光學分波裝置10主要由一波導單元11與一可調式反射單元12所組成，該波導單元11與該可調式反射單元12由一外殼體13與一蓋板14所包覆。該波導單元11係具有一第一基板111、一輸入單元112、一光柵113、一反射鏡114以及一第二基板116。該輸入單元112形成於該第一基板111上，並可經由該狹縫115接收一光學訊號，且該狹縫115的寬度介於5微米(μm)至500微米之間。該光柵113形成於該第一基板111上，可根據該光學訊號產生輸出之一第一光束(散焦聚焦光束)，意即達到分光的效果，並將其射入形成於該第一基板上的反射鏡114。此外，上述該輸入單元112與該光柵113及一反射鏡114係形成於該第一基板上經由一高能量光源對一光阻層曝光而形成的。上述該高能量光源係為X光、軟X光或超紫外光中之任一者。X光的波長為0.01奈米至1奈米；軟X光的波長為0.1奈米至10奈米；超紫外光的波長則為10奈米至120奈米。該第一基板111與該第二基板116係為半導體基板、玻璃基板、金屬基板或塑膠基板中之任一者。再者，於光學電信以區域光學通訊領域中，會因為表面粗糙度限制的關係，故該高能量光源的波長介於0.1奈米至1奈米會比1奈米至100 奈米來的恰當，而上述該光阻層的材質係為SU-8或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。

接續上述該光柵113具有凹面、凸面或平面的輪廓，且其表面呈現連續薄片態樣、鋸齒態樣、火焰態樣、正弦曲線態樣或上述之組合態樣。一般來說，光柵113係用來增加特定繞射層級的繞射效率，最適當的光學訊號波長大約介於200奈米(nm)至2000奈米之間。

由於光學訊號從狹縫115進入波導單元11到輸出所行經的總路程是精算後固定的，路程過長或過短都將影響像差，因此上述實施例中該反射鏡114的設計，可以讓上述該第一光束於波導單元11進行二次反射，使得波導單元11在光路距離相同的前提下，使其分光裝置縮小體積。

第2圖與第3圖分別為本發明光學分波裝置之爆炸圖以及外觀示意圖，為另一實施例所示：本發明實施例之光學分波裝置的元件一反射鏡114，其中該反射鏡114係配置於該波導單元11外部，用以反射該輸出光束，另一可調式反射單元12係用以輸出來自該反射鏡114的該第一光束(散焦聚焦光束)，並且可改變該第一光束的出射角度。而一影像感測器151則可接收來自於該可調式反射單元12的該第一光束，以進行後續處理。

接續上述實施例，如圖2中所示，其中該第二基板116係覆蓋於該輸入單元112、該光柵113以及該反射鏡114上，因此，該第一基板111與該第二基板116之間的空間即可視為一波導單 元11，用以接收與傳送光學訊號。

此外，接續上述實施例，其中該輸入單元112與該光柵113形成於該第一基板上111上係經由一高能量光源對一光阻層曝光而形成的。而上述該高能量光源係為X光、軟X光或超紫外光中之任一者。X光的波長為0.01奈米至1奈米；軟X光的波長為0.1奈米至10奈米；超紫外光的波長則為10奈米至120奈米。該第一基板111與該第二基板116係為半導體基板、玻璃基板、金屬基板或塑膠基板中之任一者。再者，於光學電信以區域光學通訊領域中，會因為表面粗糙度限制的關係，故該高能量光源的波長介於0.1奈米至1奈米會比1奈米至100奈米來的恰當，而上述該光阻層的材質係為SU-8或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。

接續上述實施例，由於上述該可調式反射單元12係用以改變來自於反射鏡114的第一光束輸出角度與位置，故一影像感測器151就能根據使用者的需求而放置於該光學分波裝置10的任何方向與位置(尤指上方或下方)，以縮小整體的體積。

此外，如圖2及圖3中所示，由於上述可調式反射單元12改變了第一光束的出射角度，故該蓋板14係對應該可調式反射單元12而配置有一開口141，以利該第一光束的輸出。以本發明的實施例來說，該蓋板14上配置有一電路載板15，而影像感測器151則對應開口141的位置而配置於該電路載板15上，用以接收該第一光束，以利後續的分析使用。如此將影像感測器151 與本發明之光學分波裝置10結合，更大幅縮小了整個系統的體積。

又，如圖2中所示，該外殼體13底面係配置有一滑槽131，其進一步在內配置有一滑動件132，可在於該滑槽131內滑移所需要的位置。該可調式反射單元12係與該滑動件132連動，用以調整該輸出光束的焦距。意即，當該第一光束輸出失焦時，則使用者可以透過該滑動件132來調整該可調式反射單元12的位置，以改變整體光路的距離，達到調整輸出光束焦距的目的。

再接續上述實施例，如圖3中所示由於本發明之光學分波裝置10係為利用外殼體13與蓋板14將波導單元11與反射單元12包覆於內的架構，透過外殼體13與蓋板14的保護，可避免波導單元11與該反射單元12直接與外力接觸，確保整體結構的穩固性。當光學訊號透過光輸入單元16(通常為光纖纜線)經由該狹縫115進入波導單元11內時，即展開分光的流程。

在詳細說明上述本發明的各項較佳實施例之後，熟悉該項技術人士可清楚的瞭解，在不脫離下述申請專利範圍與精神下可進行各種變化與改變，如限位單元的各種實施態樣等等，亦不受限於說明書之實施例的實施方式。

Claims (10)

1. 一種光學分波裝置，包含：一波導單元，具有：一第一基板；一輸入單元，係形成於該第一基板上，並具有一狹縫，用以接收一光學訊號；一光柵，係形成於該第一基板上，可對該光學訊號分波後產生一輸出光束；一反射鏡，係形成於該第一基板上，用以反射該輸出光束；以及一第二基板，係配置於該輸入單元、該光柵與該反射鏡上，其與該第一基板之間形成一波導空間；以及一可調式反射單元所組成，係配置於該波導單元外部，用以改變該輸出光束的出射角度與調整該輸出光束的焦距。
2. 如申請專利範圍第1項的光學分波裝置，其中進一步該輸入單元、光柵及反射鏡係利用高能量光源對一光阻層進行曝光所形成，且該高能量光源的波長範圍介於係0.01奈米至100奈米之間。
3. 如申請專利範圍第1項的光學分波裝置，其中該光柵具有凹面、凸面或平面的輪廓，且其表面呈現連續薄片態樣、鋸齒態樣、火焰態樣、正弦曲線態樣或上述之組合態樣。
4. 如申請專利範圍第1項的光學分波裝置，其中該波導單元與該可調式反射單元係由一外殼體所包覆。
5. 如申請專利範圍第4項的光學分波裝置，其中該外殼體底面係配置有一滑槽，其內配置有一可於該滑槽內滑移之滑動件，且該可調式反射單元係與該滑動件連動，用以調整該輸出光束的焦距。
6. 一種光學分波裝置，包含：一波導單元，具有：一第一基板；一輸入單元，係形成於該第一基板上，並具有一狹縫，用以接收一光學訊號；一光柵，係形成於該第一基板上，可對該光學訊號分波後產生一輸出光束；以及一第二基板，係配置於該輸入單元、該光柵與該反射鏡上，其與該第一基板之間形成一波導空間；一反射鏡，係配置於該波導單元外部，用以反射該輸出光束；以及一可調式反射單元所組成，係配置於該波導單元外部，用以改變該輸出光束的出射角度與調整該輸出光束的焦距。
7. 如申請專利範圍第6項的光學分波裝置，其中進一步該輸入單元及光柵係利用高能量光源對一光阻層進行曝光所形成，且該高能量光源的波長範圍介於係0.01奈米至100奈米之間。
8. 如申請專利範圍第6項的光學分波裝置，其中該光柵具有凹面、凸面或平面的輪廓，且其表面呈現連續薄片態樣、鋸齒態樣、火焰態樣、正弦曲線態樣或上述之組合態樣。
9. 如申請專利範圍第6項的光學分波裝置，其中該波導單元與該可調式反射單元係由一外殼體所包覆。
10. 如申請專利範圍第9項的光學分波裝置，其中該外殼體底面係配置有一滑槽，其內配置有一可於該滑槽內滑移之滑動件，且該可調式反射單元係與該滑動件連動，用以調整該輸出光束的焦距。